(57)【要約】【課題】  高電圧、高容量で、優れた負荷特性を有する非水二次電池と、その使用方法を提供する。【解決手段】  リチウムコバルト酸化物を活物質として含有する正極合剤層を有する正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、上記リチウムコバルト酸化物は、少なくとも一部に、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたものを含んでおり、上記正極について、ＸＲＤ分析をしたときに、（１０１）面のピーク強度Ｉ１０１に対する（００６）面のピーク強度Ｉ００６の比Ｉ００６／Ｉ１０１が、０．６〜３であることを特徴とする非水二次電池と、上記非水二次電池を、満充電時の正極電位がＬｉ基準電位で４．３５〜４．６Ｖとなるように充電することを特徴とする使用方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムコバルト酸化物を活物質として含有する正極合剤層を有する正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、
上記リチウムコバルト酸化物は、少なくとも一部に、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたものを含んでおり、
上記正極について、ＸＲＤ分析をしたときに、（１０１）面のピーク強度Ｉ１０１に対する（００６）面のピーク強度Ｉ００６の比Ｉ００６／Ｉ１０１が、０．６〜３であることを特徴とする非水二次電池。
【請求項２】
上記正極合剤層の密度が、３．５ｇ／ｃｍ３以上である請求項１に記載の非水二次電池。
【請求項３】
上記正極合剤層は、平均粒子径の異なる２種以上のリチウムコバルト酸化物を含有している請求項１または２に記載の非水二次電池。
【請求項４】
上記２種以上のリチウムコバルト酸化物のうち、少なくとも、最小の平均粒子径を有するものは、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されている請求項３に記載の非水二次電池。
【請求項５】
上記最小の平均粒子径を有するリチウムコバルト酸化物において、Ｃｏの一部を置換している上記金属元素が、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素である請求項１〜４のいずれかに記載の非水二次電池。
【請求項６】
上記最小の平均粒子径を有するリチウムコバルト酸化物は、Ｍｇ含有量がＣｏに対して２モル％未満であり、Ｔｉ、Ｚｒ、ＧｅおよびＮｂよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素の含有量の合計がＣｏに対して０．５モル％未満であり、Ａｌおよび／またはＳｎの含有量の合計がＣｏに対して１モル％未満である請求項５に記載の非水二次電池。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の非水二次電池を使用するに当たり、
満充電時の正極電位が、Ｌｉ基準電位で４．３５〜４．６Ｖとなるように充電することを特徴とする非水二次電池の使用方法。
ここで、上記満充電とは、０．２Ｃの電流値で所定の電圧まで定電流充電を行い、続いて、該所定の電圧で定電圧充電を行って、該定電流充電と該定電圧充電との合計時間を８時間とする条件での充電をいう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水二次電池とその使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、パソコンや携帯電話などの電源として、あるいは電気自動車や電力貯蔵用の電源として、なくてはならない重要な構成要素の一つとなっている。
【０００３】
特に、携帯型コンピュータや携帯情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）といった移動体通信用途において、さらなる小型化、軽量化が要求されている。しかし、液晶表示パネルのバックライトや描画制御によって消費される電力が高いことや、二次電池の容量が現状ではまだ不充分であることなどから、システムのコンパクト化、軽量化が難しい状況にある。特にパソコンにおいては、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）搭載などによる多機能化が進み、消費電力が増加する傾向にある。そのため、電力容量、特に単電池の電圧が３．３Ｖ以上における放電容量の増大が急務となっている。
【０００４】
さらに、地球環境問題の高まりとともに、排ガスや騒音を出さない電気自動車が関心を集めている。最近ではブレーキ時の回生エネルギーを電池に蓄えて有効利用したり、あるいはスタート時に電池に蓄えた電気エネルギーを使用して効率を挙げるなどのシステムを採用したパラレルハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に人気が集まっている。しかし、現状の電池では電力容量が低いために、電池の本数を多くして電圧を稼がなければならず、そのため、車内のスペースが狭くなったり、車体の安定性が悪くなるなどの問題が生じている。
【０００５】
二次電池の中でも、非水電解液を用いたリチウム二次電池は、電圧が高く、かつ軽量で、高エネルギー密度が期待できることから注目を集めている。特に特許文献１で開示されているＬｉＣｏＯ２に代表されるリチウム含有遷移金属酸化物を正極活物質として、金属リチウムを負極活物質として用いたリチウム二次電池では、４Ｖ以上の起電力を有することから、高エネルギー密度の達成が期待できる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−１３６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電池の高容量化を達成するには、活物質の改良に加えて、正負極における活物質の充填量を高めることも有効である。例えば、通常の非水二次電池では正極に、正極活物質や導電助剤、バインダーなどを含む正極合剤の層を、集電体となる導電性基体（金属箔など）の表面に形成した形態のものが使用されているが、こうした正極において、活物質の充填量を向上させるには、正極合剤層の密度を高めることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、ＬｉＣｏＯ２を正極活物質に用いた正極では、正極合剤層の密度を高めていくと、電池の負荷特性が低下してしまう。
【０００９】
また、電池の高電力容量化には、より高電圧領域で使用することも考えられるが、例えば、従来のＬｉＣｏＯ２正極活物質電池では、放電終止電圧を３．２Ｖよりも高くすると、放電末期における電位低下が大きいため完全放電をすることができず、充電に対する放電電気量効率が著しく低下する。そして、完全放電ができないために、ＬｉＣｏＯ２の結晶構造が崩壊しやすくなり、充放電サイクル寿命が短くなる。この現象は上記の高電圧領域ではより顕著に現れる。
【００１０】
さらに、満充電時の終止電圧を４．２Ｖ以上にする充電条件では、正極活物質の結晶構造の崩壊による充放電サイクル寿命や熱的安定性の低下以外にも、正極活物質の活性点の増加により、電解液（溶媒）が酸化分解して正極表面に不働態皮膜を形成し、内部抵抗が増加して負荷特性が悪くなる場合がある。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高電圧、高容量で、優れた負荷特性を有する非水二次電池と、その使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成し得た本発明の非水二次電池は、リチウムコバルト酸化物を活物質として含有する正極合剤層を有する正極、負極および非水電解質を備えた非水二次電池であって、上記リチウムコバルト酸化物は、少なくとも一部に、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたものを含んでおり、上記正極について、ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析をしたときに、（１０１）面のピーク強度Ｉ１０１に対する（００６）面のピーク強度Ｉ００６の比Ｉ００６／Ｉ１０１が、０．６〜３であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の非水二次電池を使用するに当たり、満充電時の正極電位が、Ｌｉ基準電位で４．３５〜４．６Ｖとなるように充電することを特徴とする非水二次電池の使用方法も本発明に包含される。
【００１４】
例えば、上記使用方法において、本発明の非水二次電池が、満充電時のＬｉ基準電位が０．１Ｖとなる黒鉛負極（黒鉛を負極活物質として含有する負極）を有する場合、電池電圧を４．４５Ｖ以上で充電することは、実質的に正極電位が４．３５Ｖ以上となる充電であるとみなされる。
【００１５】
なお、上記本発明の非水二次電池の使用方法において、上記の「満充電」とは、０．２Ｃの電流値で所定の電圧まで定電流充電を行い、続いて、該所定の電圧で定電圧充電を行って、該定電流充電と該定電圧充電との合計時間を８時間とする条件での充電をいう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高電圧、高容量で、優れた負荷特性を有する非水二次電池を提供できる。
【００１７】
また、本発明の使用方法によれば、本発明の非水二次電池を、より高出力が要求される用途に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記の通り、ＬｉＣｏＯ２を正極活物質に用いた正極において、高容量化を達成すべく正極合剤層の密度を高めると、電池の負荷特性が損なわれる。本発明者らは、正極合剤層の高密度化に伴って、Ｌｉイオン拡散速度の低下を引き起こすようにＬｉＣｏＯ２の結晶の配向性が高まるため、このような負荷特性の低下が見られることを発見した。
【００１９】
そして、正極をＸＲＤ（Ｘ線回折）分析したときに、（１０１）面のピーク強度Ｉ１０１に対する（００６）面のピーク強度Ｉ００６の比Ｉ００６／Ｉ１０１が０．６以上３以下にある場合には、Ｌｉイオンの拡散速度が低下するような正極活物質結晶の配向を抑えて、電池の負荷特性を向上させつつ、正極合剤層の高密度化、すなわち電池の高容量化を達成できることを見出した。
【００２０】
また、正極活物質であるリチウムコバルト酸化物の少なくとも一部について、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているものを使用することで、正極合剤層密度を高めても上記Ｉ００６／Ｉ１０１を０．６以上３以下に制御できること、更には、このような正極活物質を用いることで、その安定性を高めて、より高電圧領域での使用が可能となることも見出だした。
【００２１】
本発明者らは、以上の各知見に基づいて、本発明を完成させた。以下、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
本発明の非水二次電池は、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物を含有しており、正極にについて、ＸＲＤ分析をしたときに、（１０１）面のピーク強度Ｉ１０１に対する（００６）面のピーク強度Ｉ００６の比Ｉ００６／Ｉ１０１が０．６以上３以下である。
【００２３】
上記の（００６）面は、正極合剤層の含有する正極活物質であるリチウムコバルト酸化物結晶において、Ｌｉイオンが出入りする部分（結晶層間）に当たる。そして、ＸＲＤ分析により得られるＸＲＤ曲線における（１０１）面のピーク強度Ｉ１０１と（００６）面のピーク強度Ｉ００６との比Ｉ００６／Ｉ１０１は、リチウムコバルト酸化物結晶におけるＬｉイオンの出入りできる層間の、正極の面に対する配向性の指標となる。
【００２４】
すなわち、Ｉ００６／Ｉ１０１値が大きいということは、リチウムコバルト酸化物結晶におけるＬｉイオンの出入りできる層間が、正極の面に対してより平行に配向していることを意味している。そのため、この場合には、リチウムコバルト酸化物結晶に、Ｌｉイオンが出入りし難くなるため、Ｌｉイオンの拡散速度が低下し、このような正極を用いた電池では、負荷特性が損なわれてしまう。そして、正極活物質に、例えばＬｉＣｏＯ２のみを用いた場合、正極合剤層の密度を高めると、正極におけるＩ００６／Ｉ１０１値が急激に増大してしまう。
【００２５】
そこで、本発明では、電池の高容量化を達成するために正極合剤層の密度を高めつつ、Ｉ００６／Ｉ１０１値を０．６以上３以下と低い値に制御し、Ｌｉの拡散速度を高く維持して電池の負荷特性を向上させるために、正極活物質であるリチウムコバルト酸化物の少なくとも一部に、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているものを用いる。すなわち、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているリチウムコバルト酸化物であれば、正極合剤層の密度を高めても、Ｉ００６／Ｉ１０１値を低い値に制御できるため、電池の高容量化と共に負荷特性も維持できる。
【００２６】
また、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているリチウムコバルト酸化物では、Ｃｏを置換する金属元素を有しないリチウムコバルト酸化物に比べて、安定性（特に高電圧下での安定性）に優れており、崩壊などが生じ難いため、これを正極活物質に用いることで、電池の高電圧領域での使用も可能となる。
【００２７】
なお、リチウムコバルト酸化物結晶において、Ｌｉイオンが出入りできる部分を示す結晶面としては、（００６）面以外にも、例えば（００３）面などがあるが、本発明において、（００６）面を採用したのは、以下の理由による。ＸＲＤ曲線において、（００６）面の回折ピークは、（１０１）面の回折ピークに近い位置に出るため［（００６）面のピーク位置は２θ＝３７．４°、（１０１）面のピーク位置は２θ＝３８．４°］、（１０１）面のピーク位置からより遠い位置にピークが出る（００３）面などに比べて、（１０１）面のピーク強度に対するピーク強度の比の精度がより高くなるからである。
【００２８】
Ｉ００６／Ｉ１０１値は、３以下、好ましくは２以下である。Ｉ００６／Ｉ１０１値が大きすぎると、正極活物質であるリチウムコバルト酸化物が、Ｌｉの拡散速度を低下させるように配向しすぎて、電池の負荷特性（更には熱安定性）を損なうからである。
【００２９】
また、Ｉ００６／Ｉ１０１値は、０．６以上であり、０．７以上であることが好ましい。電池の負荷特性や熱安定性の確保の点からは、Ｉ００６／Ｉ１０１値は低い方が良いが、あまり低すぎると、正極合剤層の密度が小さくなってしまい、電池の高容量化が達成できなくなる。
【００３０】
上記Ｉ００６／Ｉ１０１値を上記特定値に制御するには、正極活物質の少なくとも一部に、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたリチウムコバルト酸化物を用いればよいので、このようなリチウムコバルト酸化物と、置換金属元素を有しないリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）とを併用してもよいし、正極活物質の全てが、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたリチウムコバルト酸化物であってもよい。
【００３１】
なお、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたリチウムコバルト酸化物と、置換金属元素を有しないリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）とを併用する場合には、例えば、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたリチウムコバルト酸化物が、全正極活物質中、１０質量％以上、より好ましくは１５質量％以上、更に好ましくは２０質量％以上であることが望ましい。
【００３２】
本発明に係る正極における正極合剤層の密度は、例えば、３．５ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは３．６ｇ／ｃｍ３以上、更に好ましくは３．８ｇ／ｃｍ３以上とすることが好ましい。これにより電池の高容量化を達成することができ、また、このように正極合剤層を高密度にしても、正極活物質の配向に起因する電池の負荷特性の低下が抑えられる。ただし、正極合剤層の密度が高すぎると、非水電解質（後述する）の濡れ性が低下するので、その密度は、例えば、４．６ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、４．４ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、４．２ｇ／ｃｍ３以下であることが更に好ましい。
【００３３】
なお、本明細書でいう正極合剤層の密度は、以下の測定方法により求められる値である。正極を所定面積で切り取り、その重量を、最小目盛り１ｍｇの電子天秤を用いて測定し、この重量から集電体の重量を差し引いて正極合剤層の重量を算出する。また、正極の全厚を最小目盛り１μｍのマイクロメーターで１０点測定し、この厚みから集電体の厚みを差し引いた値の平均値と面積から正極合剤層の体積を算出し、この体積で上記の正極合剤層の重量を割ることにより、正極合剤層の密度を算出する。
【００３４】
上記のような高密度の正極合剤層を形成するためには、正極活物質であるリチウムコバルト酸化物が、平均粒子径の異なる２種以上のものを含有していることが好ましい。平均粒子径の大きなリチウムコバルト酸化物と、平均粒子径の小さなリチウムコバルト酸化物とを併用することで、正極合剤層において、粒子径の大きなリチウムコバルト酸化物同士の隙間に、粒子径の小さなリチウムコバルト酸化物を充填することができるようになるため、正極合剤層の密度を高めて高容量化を達成することが、より容易となる。
【００３５】
なお、本明細書でいうリチウムコバルト酸化物の「平均粒子径」とは、日機装株式会社製マイクロトラック粒度分布測定装置「ＨＲＡ９３２０」を用いて測定した粒度分布の小さい粒子から積分体積を求めら場合の体積基準の積算分率における５０％径の値（ｄ５０）、メディアン径である。
【００３６】
なお、正極に係る「平均粒子径の異なる２種以上のリチウムコバルト酸化物」は、これらの混合物の粒度分布曲線において、変曲点を、３箇所以上、好ましくは４箇所以上有している。この粒度分布曲線においては、２つ以上のピークが存在していてもよいし、１つ以上のピークにショルダーが見られるような分布であってもよい。このような粒度分布曲線の場合には、一般的なピーク分離方法を用いて、大きな粒径の粒子の分布と、小さな粒径の粒子の分布とに分割し、その粒径と積算体積から、リチウムコバルト酸化物の各平均粒子径（ｄ５０）と、その混合比率を求めることができる。
【００３７】
正極に用いるリチウムコバルト酸化物のうち、最大の平均粒子径を有するもの［以下、「正極活物質（Ａ）」という］の平均粒子径をＡ、最小の平均粒子径を有するもの［以下、「正極活物質（Ｂ）」という］の平均粒子径をＢとしたとき、Ａに対するＢの比率Ｂ／Ａは、０．１５以上０．６以下であることが好ましい。最大の平均粒子径を有する正極活物質（Ａ）の平均粒子径と、最小の平均粒子径を有する正極活物質（Ｂ）の平均粒子径との比がこのような値である場合には、正極合剤層の密度をより容易に高めることができる。
【００３８】
なお、正極活物質（Ａ）については、その平均粒子径が、例えば、５μｍ以上であることが好ましく、８μｍ以上であることがより好ましく、１１μｍ以上であることが更に好ましい。正極活物質（Ａ）の平均粒子径が小さすぎると、正極合剤層の密度を高め難くなる場合がある。他方、正極活物質（Ａ）の平均粒子径が大きすぎると、電池特性が低下する傾向にあることから、その平均粒子径は、例えば、２５μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１８μｍ以下であることが更に好ましい。
【００３９】
また、正極活物質（Ｂ）については、その平均粒子径が、例えば、１０μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることが更に好ましい。正極活物質（Ｂ）の平均粒子径が大きすぎると、正極合剤層において、粒子径の大きなリチウムコバルト酸化物粒子同士の隙間に正極活物質（Ｂ）を充填し難くなくなるため、正極合剤層の密度を高め難くなる場合がある。他方、正極活物質（Ｂ）の平均粒子径が小さすぎると、小さすぎても、小さい粒子間の空隙体積が大きくなるため密度を高くし難くなる傾向にある。そのため、正極活物質（Ｂ）の平均粒子径は、例えば、２μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、４μｍ以上であることが更に好ましい。
【００４０】
本発明に係る正極活物質は、上記正極活物質（Ａ）と上記正極活物質（Ｂ）のみの場合のように、平均粒子径の異なる２種のリチウムコバルト酸化物のみであってもよいが、平均粒子径の異なる３種以上（例えば、３種、４種、５種など）のリチウムコバルト酸化物を用いてもよい。平均粒子径の異なるリチウムコバルト酸化物を３種以上用いる場合には、例えば、平均粒子径が、正極活物質（Ａ）の平均粒子径と、正極活物質（Ｂ）の平均粒子径の間にあるリチウムコバルト酸化物を、正極活物質（Ａ）および（Ｂ）と共に用いればよい。
【００４１】
正極の有するリチウムコバルト酸化物のうち、平均粒子径が最小の正極活物質（Ｂ）の含有量は、例えば、５質量％以上であることが好ましく、１０質量％以上であることがより好ましく、２０質量％以上であることが更に好ましい。正極活物質（Ｂ）が上記の量で含有されていると、粒子径の大きなリチウムコバルト酸化物粒子同士の隙間を埋め易く、正極合剤層の高密度化が容易となる。他方、正極の有するリチウムコバルト酸化物中の正極活物質（Ｂ）の含有量が多すぎると、却って正極合剤層の密度を高め難くなるため、その含有量は、例えば、６０質量％以下であることが好ましく、５０質量％以下であることがより好ましく、４０質量％以下であることが更に好ましい。
【００４２】
よって、例えば、正極の有するリチウムコバルト酸化物が、上記の正極活物質（Ａ）と正極活物質（Ｂ）のみである場合には、全リチウムコバルト酸化物中、正極活物質（Ａ）の含有量は、例えば、４０質量％以上、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上であって、９５質量％以下、好ましくは９０質量％以下、より好ましくは８０質量％以下であることが望ましい。
【００４３】
なお、正極の有するリチウムコバルト酸化物のうち、正極活物質（Ｂ）は、例えば上記の平均粒子径を有しているが、このように粒子径の小さなリチウムコバルト酸化物は、例えば高電圧での充電状態において、安定性が悪く、電池の安全性や貯蔵特性などの信頼性を損なう原因となる。
【００４４】
そこで、本発明の電池において、正極活物質として、平均粒子径の異なる２種以上のリチウムコバルト酸化物を用いる場合には、少なくとも、平均粒子径が最小のリチウムコバルト酸化物である正極活物質（Ｂ）が、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されたリチウムコバルト酸化物であることが好ましい。上記の通り、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているリチウムコバルト酸化物は、その安定性（特に高電圧での充電状態における安定性）が向上する。そのため、高電圧領域での崩壊などが抑制されることから、電池特性（例えば、充放電サイクル特性）を向上させることができる他、電池の安全性や貯蔵特性などの信頼性も高めることができる。
【００４５】
なお、正極に係る正極活物質において、少なくとも最小の平均粒子径を有するリチウムコバルト酸化物が、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているものであることは、以下の方法により確認できる。正極に係る正極活物質の粒度分布曲線を求め、該曲線に存在するピークなどについて、上記のピーク分離を行ったときに、最小の粒径の粒子のピークに属している粒子が、例えば、電子線微小部解析装置（ＥＰＭＡ）やＩＣＰなどによって、ＬｉおよびＣｏ以外の金属元素を含有していることを確認する。
【００４６】
なお、正極活物質として、平均粒子径の異なる２種以上のリチウムコバルト酸化物を用いる場合、平均粒子径が最小の正極活物質（Ｂ）が、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているリチウムコバルト酸化物であることが好ましいが、正極活物質（Ｂ）以外のリチウムコバルト酸化物［最大の平均粒子径を有する正極活物質（Ａ）など］も、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているリチウムコバルト酸化物であることがより好ましい。正極活物質（Ｂ）以外のリチウムコバルト酸化物におけるＣｏの一部が他の金属元素で置換されている場合には、その安定性（特に高電圧での充電状態での安定性）が向上するため、例えば電池の充放電サイクル特性や安全性、貯蔵特性などの信頼性を更に向上させることができる。
【００４７】
なお、上記の、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているリチウムコバルト酸化物において、Ｃｏの一部を置換する金属元素としては、例えば、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種以上の金属元素が好ましい。これらの金属元素は、リチウムコバルト酸化物の安定性を高める作用が優れているからである。
【００４８】
正極活物質のうち、Ｃｏの一部が他の金属元素で置換されているリチウムコバルト酸化物としては、下記一般式（１）で表されるリチウムコバルト酸化物が好ましい。
ＬｉｘＣｏｙＭ１ｚＭ２ｖＯ２                          （１）
【００４９】
ここで、上記一般式（１）中、Ｍ１は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種以上の金属元素、Ｍ２は、Ｌｉ、ＣｏおよびＭ１以外の元素であり、０．９７≦ｘ＜１．０２、０．８≦ｙ＜１．０２、０．００２≦ｚ≦０．０５、０≦ｖ≦０．０５である。なお、ｚについては、０．００４以上がより好ましく、０．００６以上が更に好ましく、また、０．０２未満がより好ましく、０．０１未満が更に好ましい。これは、ｚが小さすぎると、電池の充放電サイクル特性や安全性の向上効果が十分でなく、大きすぎると、電池の電気特性の低下が起こり始めるからである。
【００５０】
正極活物質として、平均粒子径の異なる２種以上のリチウムコバルト酸化物を用いる場合には、最小の平均粒子径を有する正極活物質（Ｂ）が、上記一般式（１）で表されるリチウムコバルト酸化物であることが好ましい。
【００５１】
また、正極活物質として、平均粒子径の異なる２種以上のリチウムコバルト酸化物を用いる場合、正極活物質（Ｂ）以外のリチウムコバルト酸化物［正極活物質（Ａ）を含む］としては、下記一般式（２）で表されるリチウムコバルト酸化物が好ましい。
ＬｉａＣｏｂＭ１ｃＭ２ｄＯ２                          （２）
【００５２】
ここで、上記一般式（２）中、Ｍ１およびＭ２は、上記一般式（１）と同じであり、０．９７≦ａ＜１．０２、０．８≦ｂ＜１．０２、０≦ｃ≦０．０２、０≦ｄ≦０．０２である。なお、Ｍ１、Ｍ２は、上記一般式（１）と同じ元素から選択されるが、選択する元素種や構成比率は、平均粒子径の異なる活物質毎に異なっていても良い。例えば、正極活物質（Ｂ）では、Ｍ1がＭｇ、Ｔｉ、Ａｌであり、他方、正極活物質（Ａ）では、Ｍ１がＭｇ、Ｔｉである、といった組み合わせでも良い。ただし、この例でも示したように、Ｍ１の中で共通の元素が少なくとも１種あることが好ましく、Ｍ１中の共通元素は、２種以上であることがより好ましく、３種以上であることが更に好ましい。
【００５３】
なお、正極活物質（Ａ）の場合、ｃは、より好ましくは０．０００２以上、更に好ましくは０．００１以上であって、より好ましくは０．００５未満、更に好ましくは０．００２５未満である。また、正極活物質（Ａ）の場合、ｄは、より好ましくは０．０００２以上、更に好ましくは０．００１以上であって、より好ましくは０．００５未満、更に好ましくは０．００２５未満である。これは、正極活物質（Ａ）の粒径が大きいため、Ｍ１などの添加量がより少なくても効果が得られるが、少なすぎると電池の充放電サイクル特性や安全性への効果が小さくなり、多すぎると電池の電気特性が低下する傾向にあるからである。
【００５４】
上記一般式（１）におけるｘ、および上記一般式（２）におけるａは、電池の充放電によって変化するが、電池製造時には、０．９７以上１．０２未満であることが好ましい。ｘおよびａは、より好ましくは０．９８以上、更に好ましくは０．９９以上であって、より好ましくは１．０１以下、更に好ましくは１．００以下である。
【００５５】
上記一般式（１）におけるｙ、および上記一般式（２）におけるｂは、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．９８以上、更に好ましくは０．９９以上であって、好ましくは１．０２未満、より好ましくは１．０１未満、更に好ましくは１．０未満である。
【００５６】
上記一般式（１）で表される正極活物質（Ｂ）、および上記一般式（２）で表される正極活物質（Ｂ）以外のリチウムコバルト酸化物では、電池の安全性向上がより効果的であることから、Ｍ１としては、Ｍｇを含有することが好ましい。そして、上記一般式（１）で表される正極活物質（Ｂ）、および上記一般式（２）で表される正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物では、Ｍ１として、Ｍｇと共にＴｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含有していることが好ましく、この場合には、高電圧での充電状態での、これらリチウム含有遷移金属酸化物の安定性がより向上する。
【００５７】
なお、正極活物質（Ｂ）においては、Ｍｇを含有することによる効果をより有効に発揮させる観点から、その含有量は、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．１モル％以上であることが好ましく、０．１５モル％以上であることがより好ましく、０．２モル％以上であることが更に好ましい。
【００５８】
また、正極活物質（Ｂ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、ＧｅまたはＮｂを含有する場合には、これらを含有させることによる上記効果をより有効に発揮させる観点から、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．０５モル％以上であることが好ましく、０．０８モル％以上であることがより好ましく、０．１モル％以上であることが更に好ましい。更に、正極活物質（Ｂ）が、ＡｌまたはＳｎを含有する場合には、これらを含有させることによる上記効果をより有効に発揮させる観点から、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．１モル％以上であることが好ましく、０．１５モル％以上であることがより好ましく、０．２モル％以上であることが更に好ましい。
【００５９】
しかし、正極活物質（Ｂ）において、Ｍｇの含有量が多すぎると、電池の負荷特性が低下する傾向にあることから、その含有量は、例えば、Ｃｏの含有量に対して、２モル％未満であることが好ましく、１モル％未満であることがより好ましく、０．５モル％未満であることが更に好ましく、０．３モル％未満であることが特に好ましい。
【００６０】
また、正極活物質（Ｂ）において、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素の含有量が多すぎると、電池の容量向上効果が小さくなることがある。そのため、正極活物質（Ｂ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、ＧｅまたはＮｂを含有する場合には、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．５モル％未満であることが好ましく、０．２５モル％未満であることがより好ましく、０．１５モル％未満であることが更に好ましい。また、正極活物質（Ｂ）が、ＡｌまたはＳｎを含有する場合には、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、１モル％未満であることが好ましく、０．５モル％未満であることがより好ましく、０．３モル％未満であることが更に好ましい。
【００６１】
更に、正極活物質（Ａ）においては、Ｍｇを含有することによる効果をより有効に発揮させる観点から、その含有量は、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．０１モル％以上であることが好ましく、０．０５モル％以上であることがより好ましく、０．０７モル％以上であることが更に好ましい。
【００６２】
また、正極活物質（Ａ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、ＧｅまたはＮｂを含有する場合には、これらを含有させることによる上記効果をより有効に発揮させる観点から、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．００５モル％以上であることが好ましく、０．００８モル％以上であることがより好ましく、０．０１モル％以上であることが更に好ましい。更に、正極活物質（Ａ）が、ＡｌまたはＳｎを含有する場合には、これらを含有させることによる上記効果をより有効に発揮させる観点から、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．０１モル％以上であることが好ましく、０．０５モル％以上であることがより好ましく、０．０７モル％以上であることが更に好ましい。
【００６３】
しかし、正極活物質（Ａ）においても、Ｍｇの含有量が多すぎると電池の負荷特性が低下する傾向にあることから、その含有量は、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．５モル％未満であることが好ましく、０．２モル％未満であることがより好ましく、０．１モル％未満であることが更に好ましい。
【００６４】
また、正極活物質（Ａ）においても、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素の含有量が多すぎると、電池の容量向上効果が小さくなることがある。そのため、正極活物質（Ａ）が、Ｔｉ、Ｚｒ、ＧｅまたはＮｂを含有する場合には、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．３モル％未満であることが好ましく、０．１モル％未満であることがより好ましく、０．０５モル％未満であることが更に好ましい。また、正極活物質（Ａ）が、ＡｌまたはＳｎを含有する場合には、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．５モル％未満であることが好ましく、０．２モル％未満であることがより好ましく、０．１モル％未満であることが更に好ましい。
【００６５】
加えて、正極活物質（Ａ）および正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物を使用する場合には、かかるリチウム含有遷移金属酸化物においては、Ｍｇを含有することによる効果をより有効に発揮させる観点から、その含有量は、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．０１モル％以上であることが好ましく、０．０５モル％以上であることがより好ましく、０．０７モル％以上であることが更に好ましい。
【００６６】
また、正極活物質（Ａ）および正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物が、Ｔｉ、Ｚｒ、ＧｅまたはＮｂを含有する場合には、これらを含有させることによる上記効果をより有効に発揮させる観点から、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．００５モル％以上であることが好ましく、０．００８モル％以上であることがより好ましく、０．０１モル％以上であることが更に好ましい。更に、正極活物質（Ａ）および正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物が、ＡｌまたはＳｎを含有する場合には、これらを含有させることによる上記効果をより有効に発揮させる観点から、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．０１モル％以上であることが好ましく、０．０５モル％以上であることがより好ましく、０．０７モル％以上であることが更に好ましい。
【００６７】
しかし、正極活物質（Ａ）および正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物においても、Ｍｇの含有量が多すぎると電池の負荷特性が低下する傾向にあることから、その含有量は、例えば、Ｃｏの含有量に対して、２モル％未満であることが好ましく、１０．２モル％未満であることがより好ましく、０．５モル％未満であることが更に好ましく、０．３モル％未満であることが特に好ましい。
【００６８】
また、正極活物質（Ａ）および正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物においても、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素の含有量が多すぎると、電池の容量向上効果が小さくなることがある。そのため、正極活物質（Ａ）および正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物が、Ｔｉ、Ｚｒ、ＧｅまたはＮｂを含有する場合には、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、０．５モル％未満であることが好ましく、０．２５モル％未満であることがより好ましく、０．１５モル％未満であることが更に好ましい。また、正極活物質（Ａ）および正極活物質（Ｂ）以外のリチウム含有遷移金属酸化物が、ＡｌまたはＳｎを含有する場合には、その合計量が、例えば、Ｃｏの含有量に対して、１モル％未満であることが好ましく、０．５モル％未満であることがより好ましく、０．３モル％未満であることが更に好ましい。
【００６９】
正極活物質（Ｂ）およびその他のリチウムコバルト酸化物において、金属元素Ｍ１の含有の仕方は特に制限は無く、例えば、その粒子上に存在していればよく、活物質内に均一に固溶して存在していても、活物質の内部に濃度分布を持って偏在していても、表面に化合物として層を形成していてもよいが、均一に固溶していることが好ましい。
【００７０】
正極活物質（Ｂ）およびその他のリチウムコバルト酸化物を表す上記一般式（１）および上記一般式（２）に係る元素Ｍ２は、Ｌｉ、ＣｏおよびＭ１以外の元素である。正極活物質（Ｂ）およびその他のリチウムコバルト酸化物は、Ｍ２を、本発明の効果を損なわない範囲で含有していてもよく、含有していなくてもよい。
【００７１】
元素Ｍ２としては、例えば、Ｌｉ以外のアルカリ金属（Ｎａ、Ｋ、Ｒｂなど）、Ｍｇ以外のアルカリ土類金属（Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなど）、IIIａ族金属（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａなど）、Ｔｉ、Ｚｒ以外のIVａ族金属（Ｈｆなど）、Ｎｂ以外のVａ族金属（Ｖ、Ｔａなど）、 VIａ族金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、Ｍｎ以外のVIIｂ族金属（Ｔｃ、Ｒｅなど）、Ｃｏ、Ｎｉを除くVIII族金属（Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈなど）、 Iｂ族金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなど）、Ｚｎ、Ａｌ以外のIIIｂ族金属（Ｂ、Ｃａ、Ｉｎなど）、Ｓｎ、Ｐｂ以外のIVｂ族金属（Ｓｉなど）、Ｐ、Ｂｉなどが挙げられる。
【００７２】
なお、金属元素Ｍ１は、リチウムコバルト酸化物の安定性向上には寄与するものの、その含有量が多すぎると、Ｌｉイオンの固層内拡散を損なうため、電池特性を低下させることがある。最小の平均粒子径の有する正極活物質（Ｂ）は、粒子径が小さく、表面積が大きいために、活性が高く、より安定性が低いために、安定化元素であるＭ１の含有量がある程度高いことが好ましく、また、正極活物質（Ｂ）は、粒径が小さく表面積が大きいために、活性が高く、Ｍ１の含有によっても、Ｌｉイオンの固層内拡散に対する影響が小さい。
【００７３】
これに対し、比較的粒径の大きなリチウムコバルト酸化物［正極活物質（Ｂ）以外のリチウムコバルト酸化物］は、正極活物質（Ｂ）に比べると安定性が高いために、正極活物質（Ｂ）ほどＭ１の含有の必要がない一方、正極活物質（Ｂ）に比べて表面積が小さく活性が低いため、Ｍ１の含有によってＬｉイオンの固層内拡散が損なわれ易い。
【００７４】
そのため、最小の平均粒子径を有する正極活物質（Ｂ）の金属元素Ｍ１の含有量は、正極活物質（Ｂ）以外のリチウムコバルト酸化物のＭ１の含有量よりも多いことが好ましい。
【００７５】
すなわち、上記一般式（１）におけるｚと、上記一般式（２）におけるｃとは、ｚ＞ｃの関係を満足することが好ましい。ｚは、ｃの１．５倍以上であることがより好ましく、２倍以上であることが更に好ましく、３倍以上であることが特に好ましい。他方、ｃに対してｚが大きすぎると、電池の負荷特性が低下する傾向にあるので、ｚは、ｃの５倍未満であることがより好ましく、４倍未満であることが更に好ましく、３．５倍未満であることが特に好ましい。
【００７６】
正極に係るリチウムコバルト酸化物として、３種以上の平均粒子径を有するものを用いる場合、最小の平均粒子径を有する正極活物質（Ｂ）以外のリチウムコバルト酸化物について、最大の平均粒子径を有する正極活物質（Ａ）と、それ以外のリチウムコバルト酸化物との間では、Ｍ１の含有量の関係には特に制限は無く、前者の方がＭ１を多く含有していてもよく、後者の方がＭ１を多く含有していてもよく、両者のＭ１の含有量が同じであってもよい。より好ましくは、平均粒子径の小さいリチウムコバルト酸化物ほど、Ｍ１の含有量が多くなる態様である。すなわち、例えば、３種の平均粒子径を有するリチウムコバルト酸化物を使用する場合では、最小の平均粒子径を有する正極活物質（Ｂ）のＭ１含有量が最も多く、次いで、正極活物質（Ａ）と正極活物質（Ｂ）の間の平均粒子径を有するリチウム含有金属酸化物のＭ１含有量が多く、最大の平均粒子径を有する正極活物質（Ａ）のＭ１含有量が最も少ない態様がより好ましい。
【００７７】
また、本発明に係る正極活物質であるリチウムコバルト酸化物として、平均粒子径の異なる２種以上のものを用いる場合、平均粒子径の異なるもの同士が同じ組成を有していてもよく、平均粒子径の異なるもの毎に、異なる組成を有するものであってもよい。例えば、本発明に係るリチウムコバルト酸化物が、最小の平均粒子径を有する正極活物質（Ｂ）と最大の平均粒子径を有する正極活物質（Ａ）である場合、正極活物質（Ａ）がＬｉＣｏ０．９９７５Ｍｇ０．００１Ｔｉ０．０００５Ａｌ０．００１Ｏ２で、正極活物質（Ｂ）がＬｉＣｏ０．９９２５Ｍｇ０．００３Ｔｉ０．００１５Ａｌ０．００３Ｏ２、というような組み合わせであっても構わない。
【００７８】
本発明に係る上記正極活物質（リチウムコバルト酸化物）は、特定の合成工程と特定の電池の製造工程を経て形成される。例えば、異種の粒径のリチウムコバルト酸化物を得るためには、一般的には、Ｃｏの酸性水溶液にＮａＯＨなどのアルカリを滴下しＣｏ（ＯＨ）２として沈殿させる。均一な沈殿を得るために異種元素との共沈化合物とした後、焼成しＣｏ３Ｏ４を作製することもできる。沈殿を作製する時間をコントロールすることで沈殿の粒径制御が可能であり、焼成後のＣｏ３Ｏ４の粒径もこのときの沈殿物の粒径が支配要因である。
【００７９】
正極活物質の合成にあたっては、特定の混合条件と焼成温度、焼成雰囲気、焼成時間、出発原料と特定の電池製造条件の選択が必要である。正極活物質の合成の混合条件は、例えば、エタノールまたは水を原料粉末に加えて、遊星ボールミルで０．５時間以上混合することが好ましく、エタノールと水を５０：５０の容積比で、遊星ボールミルで２０時間以上混合することが、より好ましい。この混合工程により、原料粉末は充分に粉砕、混合され、均一な分散液を調製することができる。これをスプレードライヤーなどにより均一性を保ったまま乾燥させる。好ましい焼成温度は７５０〜１０５０℃であり、より好ましい焼成温度は９５０〜１０３０℃である。また、好ましい焼成雰囲気は空気中である。好ましい焼成時間は１０〜６０時間であり、より好ましい焼成時間は２０〜４０時間である。
【００８０】
上記正極活物質に関して、Ｌｉ源としてはＬｉ２ＣＯ３が好ましく、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｎなどの異種金属源としてはそれらの金属の硝酸塩、水酸化物または１μｍ以下の粒径の酸化物が好ましく、水酸化物の共沈体を用いると異種元素は活物質に均一に分布しやすくなるので、より好ましい。
【００８１】
正極合剤層における正極活物質中の金属元素量は、ＩＣＰ分析により、各元素量を測定することで求められる。また、Ｌｉ量については、別途原子吸光などを用いて測定することができる。なお、通常、電極（正極）の状態では、粒子径の異なる正極活物質について、大粒径の活物質粒子と小粒径の活物質粒子とを、それぞれ分離して元素量を測定することは難しい。そのため、混合量が既知の活物質混合物を標準にして、ＥＰＭＡ（電子線微小部解析装置）などで小粒径の粒子および大粒径の粒子中の元素の含有量や含有量比の比較を行っても良い。また、電極（正極）をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などで処理し、活物質粒子を電極からはがして粒子を沈殿させてから、洗浄、乾燥後、得られた粒子の粒度分布を測定したり、粒度分布のピーク分離を行い、２種以上の粒度を有していると判定した場合には、大粒径の粒子と小粒径の粒子とに分級し、それぞれの粒子群の点か元素量をＩＣＰで測定しても良い。
【００８２】
なお、本明細書における正極活物質中の金属元素量を測定するためのＩＣＰ分析では、活物質を約５ｇ精秤して２００ｍｌビーカーに入れ、王水１００ｍｌを加え、液量が約２０〜２５ｍｌになるまで加熱濃縮し、冷却した後、アドバンテック株式会社製の定量濾紙「Ｎｏ．５Ｂ」で固形物を分離し、濾液および洗液を１００ｍｌメスフラスコに入れて定容希釈した後、日本ジャーレル・アッシュ社製のシーケンシャル型ＩＣＰ分析装置「ＩＰＩＳ１０００」を用いて測定する方法を採用している。
【００８３】
正極合剤層の有する上記平均粒子径の異なる２種以上のリチウム含有遷移金属酸化物のうち、最小の平均粒子径を有するリチウム含有遷移金属酸化物について、上記のＩＣＰにより分析されるＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素の含有率（I）と、最小の平均粒子径を有するリチウム含有遷移金属酸化物以外のリチウム含有遷移金属酸化物について、上記のＩＣＰにより分析されるＭｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、ＡｌおよびＳｎよりなる群から選択される少なくとも１種の金属元素の含有率であって、の含有率であって、上記含有率（I）に係る金属元素と同一の金属元素の含有率（II）との比（I）／（II）は、上述の、上記一般式（１）におけるｚと上記一般式（２）におけるｃとの関係に相当するものであり、（I）／（II）の値は、１．５以上であることがより好ましく、２以上であることが更に好ましく、３以上であることが特に好ましい。他方、ｃに対してｚが大きすぎると、電池の負荷特性が低下する傾向にあるので、（I）／（II）の値は、５未満であることがより好ましく、４未満であることが更に好ましく、３．５未満であることが特に好ましい。
【００８４】
本発明において正極は、例えば以下の方法で作製される。まず、正極活物質であるリチウムコバルト酸化物（少なくとも一部が、Ｃｏの一部が他の金属元素Ｍ１で置換されているもの）に、必要に応じて、導電助剤（例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックなど）を添加し、更にバインダー（例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなど）を添加して正極合剤を調製する。この正極合剤を、溶剤を用いてペースト状にし（なお、バインダーは予め溶剤に溶解させておいてから正極活物質などと混合してもよい）、正極合剤含有ペーストを調製する。得られた正極合剤含有ペーストをアルミニウム箔などからなる正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、必要に応じて圧延する工程を経ることによって正極とする。ただし、正極の作製方法は、上記例示のものに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００８５】
正極合剤層の厚みは、例えば、３０〜２００μｍであることが好ましい。また、正極に用いる集電体の厚みは、例えば、８〜２０μｍであることが好ましい。
【００８６】
そして、正極合剤層においては、活物質であるリチウム含有遷移金属酸化物の含有量は、９６質量％以上、より好ましくは９７質量％以上、更に好ましくは９７．５質量％以上であって、９９質量％以下、より好ましくは９８質量％以下であることが望ましい。また、正極合剤層中のバインダーの含有量は、例えば、１質量％以上、より好ましくは１．３質量％以上、更に好ましくは１．５質量％以上であって、４質量％以下、より好ましくは３質量％以下、更に好ましくは２質量％以下であることが望ましい。そして、正極合剤層中の導電助剤の含有量は、例えば、１質量％以上、より好ましくは１．１質量％以上、更に好ましくは１．２質量％以上であって、３質量％以下、より好ましくは２質量％以下、更に好ましくは１．５質量％以下であることが望ましい。
【００８７】
これは、正極合剤層中の活物質の割合が少ないと高容量化が達成できず、正極合剤層の密度も高くできないからであり、一方で多すぎると、抵抗が高くなったり、正極の形成性が損なわれる場合があるからである。また、正極合剤層中のバインダーの含有量が多すぎると高容量化が困難となり、少なすぎると集電体との密着性が低下し、電極の粉落ちなどの可能性が出てくるので上記の好適組成とすることが望ましい。更に、正極合剤層中の導電助剤の含有量は、多すぎると正極合剤層の密度を十分に高くし難く、高容量化が困難となることがあり、少なすぎると導電がうまく取れずに電池の充放電サイクル特性や負荷特性の低下につながるからである。
【００８８】
本発明の非水二次電池は、上記の正極を有していればよく、その他の構成要素や構造については特に制限は無く、従来公知の非水二次電池で採用されている各種構成要素や構造が適用できる。
【００８９】
負極に係る負極活物質としては、Ｌｉイオンをドープ・脱ドープできるものであればよく、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素材料が挙げられる。また、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎなどの合金、またはＬｉに近い低電位で充放電できるＳｉ、Ｓｎなどの酸化物、Ｌｉ２.６Ｃｏ０.４ＮなどのＬｉとＣｏの窒化物などの化合物も負極活物質として用いることができる。さらに、黒鉛の一部をＬｉと合金化し得る金属や酸化物などと置き換えることもできる。負極活物質として黒鉛を用いた場合には、満充電時の電圧をＬｉ基準で約０．１Ｖとみなすことができるため、電池電圧に０．１Ｖを加えた電圧で正極の電位を便宜上計算することができることから、正極の充電電位が制御しやすく好ましい。
【００９０】
黒鉛の形態としては、例えば、００２面の面間隔（ｄ００２ ）が０．３３８ｎｍ以下であることが好ましい。これは、結晶性が高い方が負極（後記の負極合剤層）を高密度にし易いからである。しかし、ｄ００２が大きすぎると、高密度の負極では放電特性や負荷特性が低下する場合があるので、ｄ００２は、０.３３５ｎｍ以上であることが好ましく、０.３３５５ｎｍ以上であることが更に好ましい。
【００９１】
また、黒鉛のｃ軸方向の結晶子サイズ（Ｌｃ）については、７０ｎｍ以上が好ましく、８０ｎｍ以上がより好ましく、９０ｎｍ以上が更に好ましい。これは、Ｌｃが大きいほうが、充電カーブが平坦になり正極の電位を制御し易く、また、容量を大きくできるためである。他方、Ｌｃが大きすぎると、高密度の負極では電池容量が低下する傾向があるので、Ｌｃは２００ｎｍ未満であることが好ましい。
【００９２】
更に、黒鉛の比表面積は、０．５ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、１ｍ２／ｇ以上であることがより好ましく、２ｍ２／ｇ以上であることが更に好ましく、また、６ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、５ｍ２／ｇ以下であることがより好ましい。黒鉛の比表面積がある程度大きくないと特性が低下する傾向にあり、他方、大きすぎると非水電解質との反応の影響が出易いためである。
【００９３】
負極に用いる黒鉛は、天然黒鉛を原料としたものであることが好ましく、表面結晶性の異なる２種以上の黒鉛を混合したものが、高容量化の点からより好ましい。天然黒鉛は安価かつ高容量であることから、これによりコストパフォーマンスの高い負極とすることができる。通常天然黒鉛は、負極の高密度化によって電池容量が低下し易いが、表面処理によって表面の結晶性が低下した黒鉛を混合して用いることで、電池容量の低下を小さくすることができる。
【００９４】
黒鉛の表面の結晶性はラマンスペクトル分析によって判断することができる。波長５１４．５ｎｍのアルゴンレーザーで黒鉛を励起させた時のラマンスペクトルのＲ値〔Ｒ＝Ｉ１３５０／Ｉ１５８０（１３５０ｃｍ−１付近のラマン強度と１５８０ｃｍ−１付近のラマン強度との比）］が０．０１以上であれば、表面の結晶性は天然黒鉛に比べ若干低下しているといえる。よって、表面処理により表面の結晶性が低下した黒鉛としては、例えば、Ｒ値が、０．０１以上、より好ましくは０．１以上であって、０．５以下、より好ましくは０．３以下、更に好ましくは０．１５以下のものを使用することが好ましい。上記の表面の結晶性が低下した黒鉛の含有割合は、負極の高密度化のためには１００質量％であることが好ましいが、電池容量の低下防止のためには、全黒鉛中の５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましく、８５質量％以上であることが特に好ましい。
【００９５】
また、黒鉛の平均粒子径は、小さすぎると不可逆容量が大きくなるので、５μｍ以上であることが好ましく、１２μｍ以上であることがより好ましく、１８μｍ以上であることが更に好ましい。また、負極の高密度化の観点からは、黒鉛の平均粒子径は、３０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることが更に好ましい。
【００９６】
負極は、例えば、以下の方法で作製できる。上記負極活物質に、必要に応じてバインダーなどを加え、混合して負極合剤を調製し、それを溶剤に分散させてペーストにする。なお、バインダーは予め溶剤に溶解させておいてから負極活物質などと混合しておくのが好ましい。上記の負極合剤含有ペーストを銅箔などからなる負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、加圧処理工程を経ることによって負極を得ることができる。なお、負極の作製方法は、上記の方法に限定される訳ではなく、他の方法を採用しても構わない。
【００９７】
なお、負極合剤層の密度（加圧処理工程後の密度）は、１．７０ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１．７５ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましい。黒鉛の理論密度から、負極合剤層の密度の上限は２．１〜２．２ｇ／ｃｍ３であるが、非水電解質との親和性の観点からは、負極合剤層の密度は、２．０ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、１．９ｇ／ｃｍ３以下であることが更に好ましい。なお、上記の加圧処理工程においては、負極をより均一にプレスできることから、一回の加圧処理よりも、複数回の加圧処理を施すことが好ましい。
【００９８】
負極に用いるバインダーは特に限定されないが、活物質比率を高めて容量を大きくする観点から、使用量を極力少なくすることが好ましく、このような理由から、水に溶解または分散する性質を有する水系樹脂とゴム系樹脂との混合物が好適である。水系樹脂は少量でも黒鉛の分散に寄与し、ゴム系樹脂は電池の充放電サイクル時の電極の膨張・収縮による負極合剤層の集電体からの剥離を防止することができるからである。
【００９９】
水系樹脂としては、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリエピクロルヒドリン、ポリビニルピリジン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコールなどのポリエーテル系樹脂などが挙げられる。ゴム系樹脂としては、ラテックス、ブチルゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルブタジエン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリブタジエン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）などが挙げられる。例えば、カルボキシメチルセルロースなどのセルロースエーテル化合物とスチレンブタジエンゴムなどのブタジエン共重合体系ゴムとを併用することが、上記黒鉛の分散や剥離防止の観点からより好ましい。カルボキシメチルセルロースとスチレンブタジエンゴム、ニトリルブタジエン共重合体ゴムなどのブタジエン共重合体系ゴムとを併用することが特に好ましい。これは、カルボキシメチルセルロースなどのセルロースエーテル化合物が、主として負極合剤含有ぺーストに対して増粘作用を発揮し、スチレン・ブタジエン共重合体ゴムなどのゴム系バインダーが、負極合剤に対して結着作用を発揮するからである。このように、カルボキシメチルセルロースなどのセルロースエーテル化合物とスチレンブタジエンゴムなどのゴム系バインダーとを併用する場合、両者の比率としては質量比で１：１〜１：１５が好ましい。
【０１００】
負極合剤層の厚みは、例えば、４０〜２００μｍであることが好ましい。また、負極に用いる集電体の厚みは、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。
【０１０１】
そして、負極合剤層においては、バインダーの含有量（複数種を併用する場合には、その合計量）は、１．５質量％以上、より好ましくは１．８質量％以上、更に好ましくは２．０質量％以上であって、５質量％未満、より好ましくは３質量％未満、更に好ましくは２．５質量％未満であることが望ましい。負極合剤層中のバインダー量が多すぎると放電容量が低下することがあり、少なすぎると粒子同士の接着力が低下するからである。なお、負極合剤層における負極活物質の含有量は、例えば、９５質量％を超え、９８．５質量％以下であることが好ましい。
【０１０２】
本発明の非水二次電池において、非水電解質としては、例えば、電気特性や取り扱い易さから、有機溶媒などの非水系溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させた非水溶媒系の電解液が好ましく用いられるが、ポリマー電解質、ゲル電解質であっても問題なく用いることができる。
【０１０３】
非水電解液の溶媒としては特に限定されないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピオンカーボネートなどの鎖状エステル；エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの誘電率の高い環状エステル；鎖状エステルと環状エステルの混合溶媒；などが挙げられ、鎖状エステルを主溶媒とした環状エステルとの混合溶媒が特に適している。
【０１０４】
また、溶媒としては、上記エステル以外にも、例えば、リン酸トリメチルなどの鎖状リン酸トリエステル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどのエーテル類、ニトリル類、ジニトリル類、イソシアネート類、ハロゲン含有溶媒なども用いることができる。さらに、アミン系またはイミド系有機溶媒やスルホランなどのイオウ系有機溶媒なども用いることができる。
【０１０５】
さらに、非水電解液には、非イオン性の芳香族化合物を含有させることが好ましい。具体的には、シクロヘキシルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ｔーブチルベンゼン、ｔ−アミルベンゼン、オクチルベンゼン、トルエン、キシレンなどのように芳香環にアルキル基が結合した化合物；フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、クロロベンゼンなどのように芳香環にハロゲン基が結合した化合物；アニソール、フルオロアニソール、ジメトキシベンゼン、ジエトキシベンゼンなどのように芳香環にアルコキシ基が結合した化合物；フタル酸エステル（ジブチルフタレート、ジ-２−エチルヘキシルフタレートなど）、安息香酸エステルなどの芳香族カルボン酸エステル；メチルフェニルカーボネート、ブチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネートなどのフェニル基を有する炭酸エステル；プロピオン酸フェニル；ビフェニル；などを例示することができる。中でも、芳香環にアルキル基が結合した化合物が好ましく、シクロヘキシルベンゼンが特に好ましく用いられる。
【０１０６】
これらの芳香族化合物は、電池内において正極または負極の活物質表面に皮膜を形成することのできる化合物である。これらの芳香族化合物は１種のみを単独で用いてもよいが、２種以上を併用することにより優れた効果が発揮され、特に、芳香環にアルキル基が結合した化合物と、それより低い電位で酸化されるビフェニルなどの芳香族化合物とを併用することにより、電池の安全性向上において特に好ましい効果が得られる。
【０１０７】
非水電解液に芳香族化合物を含有させる方法としては、特に限定はされないが、電池を組み立てる前に予め非水電解液に添加しておく方法が一般的である。
【０１０８】
非水電解液中の上記芳香族化合物の好適含有量としては、例えば、安全性の点からは４質量％以上であり、負荷特性の点からは１０質量％以下である。２種以上の芳香族化合物を併用する場合、その総量が上記範囲内であればよく、特に、芳香環にアルキル基が結合した化合物と、それより低い電位で酸化される化合物とを併用する場合は、芳香環にアルキル基が結合した化合物の非水電解液における含有量は、０．５質量％以上、より好ましくは２質量％以上であって、８質量％以下、より好ましくは５質量％以下であることが望ましい。他方、上述した芳香環にアルキル基が結合した化合物より低い電位で酸化される化合物の非水電解液における含有量は、０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上であって、１質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下であることが望ましい。
【０１０９】
さらに、非水電解液に、含ハロゲン炭酸エステルなどの有機ハロゲン系溶媒、有機イオウ系溶媒、含フッ素有機リチウム塩、含リン系有機溶媒、含ケイ素系有機溶媒、含窒素有機化合物などの少なくとも１種の化合物を添加することによって、電池の初期充電中に正極活物質の表面に表面保護皮膜を形成することができる。含フッ素炭酸エステルなどの有機フッ素系溶媒、有機イオウ系溶媒、含フッ素有機リチウム塩などが特に好ましく、具体的には、Ｆ−ＤＰＣ［Ｃ２Ｆ５ＣＨ２Ｏ（Ｃ＝Ｏ）ＯＣＨ２ Ｃ２Ｆ５］、Ｆ−ＤＥＣ［ＣＦ３ＣＨ２Ｏ（Ｃ＝Ｏ）ＯＣＨ２ＣＦ３］、ＨＦＥ７１００（Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）、ブチルサルフェート（Ｃ４Ｈ９ＯＳＯ２ＯＣ４Ｈ９）、メチルエチレンサルフェート［ (−ＯＣＨ(ＣＨ３)ＣＨ２Ｏ−)ＳＯ２］、ブチルスルフォン（Ｃ４Ｈ９ＳＯ２Ｃ４Ｈ９）、ポリマーイミド塩［〔−Ｎ（Ｌｉ）ＳＯ２ＯＣＨ２（ＣＦ２）４ＣＨ２ＯＳＯ２−〕ｎ（ただし、式中のｎは２〜１００）］、(Ｃ２Ｆ５ＳＯ２)２ＮＬｉ、〔（ＣＦ３）２ＣＨＯＳＯ２〕２ＮＬｉなどが挙げられる。
【０１１０】
このような添加剤は、それぞれ単独で用いることができるが、有機フッ素系溶媒と含フッ素有機リチウム塩とを併用することが特に好ましい。その添加量は、非水電解液全量中、０．１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、更に好ましくは５質量％以上であって、３０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下であることが望ましい。これは、添加量が多すぎると電気特性が低下する虞があり、少なすぎると良好な皮膜形成が難しくなるからである。
【０１１１】
上記の添加剤を含有する非水電解液を有する電池を充電（特に高電圧充電）することにより、正極活物質表面にＦ（フッ素）またはＳ（硫黄）を含有する表面保護皮膜が形成される。この表面保護皮膜は、ＦまたはＳを単独で含有するものであってもよいが、ＦとＳの両者を含有する皮膜であることがより好ましい。
【０１１２】
正極活物質の表面に形成される上記表面保護皮膜におけるＳの原子比率は、０．５原子％以上であることが好ましく、１原子％以上であることがより好ましく、３原子％以上であることが更に好ましい。ただし、正極活物質の表面におけるＳの原子比率が多すぎると、電池の放電特性が低下する傾向にあるので、そのＳ原子比率は、２０原子％以下であることが好ましく、１０原子％以下であることが好ましく、６原子％以下であることが更に好ましい。また、正極活物質の表面に形成される上記表面保護皮膜におけるＦの原子比率は、１５原子％以上であることが好ましく、２０原子％以上であることがより好ましく、２５原子％以上であることが更に好ましい。ただし、正極活物質の表面におけるＦの原子比率が多すぎると、電池の放電特性が低下する傾向にあるので、そのＦ原子比率は、５０原子％以下であることが好ましく、４０原子％以下であることが好ましく、３０原子％以下であることが更に好ましい。なお、正極活物質における上記のＦやＳを含有する表面保護皮膜を、上記のように電池の充電により形成するのではなく、かかる表面保護皮膜を有する正極活物質（リチウム含有遷移金属酸化物粒子）を用いて正極（電池）を作製しても構わない。
【０１１３】
また、電池の充放電サイクル特性改善のためには、非水電解液中に、（−ＯＣＨ＝ＣＨＯ−）Ｃ＝Ｏ、（−ＯＣＨ＝Ｃ（ＣＨ３）Ｏ−）Ｃ＝Ｏ、（−ＯＣ（ＣＨ３）＝Ｃ（ＣＨ３）Ｏ−）Ｃ＝Ｏなどのビニレンカーボネートもしくはその誘導体、または（−ＯＣＨ２−ＣＨＦＯ−）Ｃ＝Ｏ、（−ＯＣＨＦ−ＣＨＦＯ−）Ｃ＝Ｏなどのフッ素置換エチレンカーボネートの少なくとも１種を加えることが好ましい。その添加量としては、非水電解液全量中、０．１質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上、更に好ましくは２質量％以上であることが望ましい。なお、上記の添加剤の含有量が多すぎると、電池の負荷特性が低下する傾向にあるため、その非水電解液全量中の含有量は、１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下、更に好ましくは３質量％以下であることが望ましい。
【０１１４】
非水電解液の調製にあたって溶媒に溶解させる電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４ 、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４(ＳＯ３)２、ＬｉＮ（ＲfＳＯ２）（Ｒｆ′ＳＯ２）、  ＬｉＣ（ＲｆＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ２）２［ここでＲｆとＲｆ′はフルオロアルキル基］などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。上記の電解質塩の中でも、炭素数２以上の含フッ素有機リチウム塩が特に好ましい。上記含フッ素有機リチウム塩はアニオン性が大きく、かつイオン分離しやすいので上記溶媒に溶解し易いからである。非水電解液中における電解質塩の濃度は特に限定されないが、例えば、０．３ｍｏｌ／ｌ以上、より好ましくは０．４ｍｏｌ／ｌ以上であって、１．７ｍｏｌ／ｌ以下、より好ましくは１．５ｍｏｌ／ｌ以下であることが望ましい。
【０１１５】
本発明において、非水電解質としては、上記の非水電解液以外にも、ゲル状ポリマー電解質を用いることができる。そのようなゲル状ポリマー電解質は、上記非水電解液をゲル化剤によってゲル化したものに相当する。非水電解液のゲル化にあたっては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリルなどの直鎖状ポリマーまたはそれらのコポリマー；紫外線や電子線などの活性光線の照射によりポリマー化する多官能モノマー（例えば、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどの四官能以上のアクリレートおよび上記アクリレートと同様の四官能以上のメタクリレートなど）；などが用いられる。ただし、モノマーの場合、モノマーそのものが電解液をゲル化させるのではなく、上記モノマーをポリマー化したポリマーがゲル化剤として作用する。
【０１１６】
上記のように多官能モノマーを用いて非水電解液をゲル化させる場合、必要であれば、重合開始剤として、例えば、ベンゾイル類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンゾフェノン類、ベンゾイルフェニルフォスフィンオキサイド類、アセトフェノン類、チオキサントン類、アントラキノン類などを使用することができ、さらに重合開始剤の増感剤としてアルキルアミン類、アミノエステルなども使用することもできる。
【０１１７】
また、本発明においては、非水電解質として、上記非水電解液やゲル状ポリマー電解質以外に、固体電解質も用いることができる。その固体電解質としては、無機系固体電解質、有機系固体電解質のいずれも用いることができる。
【０１１８】
本発明に係るセパレータは、引張強度に方向性を有し、かつ、絶縁性を良好に保ち、また、熱収縮を小さくする観点から、その厚みは、５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは１２μｍ以上であって、２５μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満、更に好ましくは１８μｍ未満であることが望ましい。また、セパレータの透気度は、例えば、５００秒／１００ｍｌ以下であることが好ましく、３００秒／１００ｍｌ以下であることがより好ましく、１２０秒／１００ｍｌ以下であることが更に好ましい。なお、セパレータの透気度は、小さいほど負荷特性が向上するが、内部短絡を生じ易くなることから、その透気度は、５０秒／１００ｍｌ以上とすることが好ましい。セパレータのＴＤ方向の熱収縮率は、小さいほど温度上昇時の内部短絡が発生し難くなるため、できるだけ熱収縮率の小さいセパレータを用いるのが好ましく、例えば、熱収縮率が１０％以下であるものがより好ましく、５％以下であるものが更に好ましい。また、熱収縮を抑えるため、あらかじめ１００〜１２５℃程度の温度で熱処理を施したセパレータを用いることが好ましい。このような熱収縮率のセパレータを本発明に係る正極材料と組み合わせて電池を構成することで、より高温での挙動が安定することから推奨される。
【０１１９】
なお、セパレータのＴＤ方向の熱収縮率は、３０ｍｍ角のセパレータを１０５℃で８時間静置した場合の、ＴＤ方向において最大に収縮した部分の収縮率を意味している。
【０１２０】
また、セパレータの強度は、ＭＤ方向の引張強度として、例えば、６．８×１０７Ｎ／ｍ２以上であることが好ましく、９．８×１０７Ｎ／ｍ２以上であることがより好ましい。また、ＴＤ方向の引張強度はＭＤ方向に比べて小さいことが好ましく、例えば、ＭＤ方向の引張強度に対するＴＤ方向の引張強度の比（ＴＤ方向引張強度／ＭＤ方向引張強度）が、０．９５以下であることがより好ましく、０．９以下であることが更に好ましく、また、０．１以上であることがより好ましい。なお、ＴＤ方向とは、セパレータ製造におけるフィルム樹脂の引き取り方向（ＭＤ方向）と直交する方向のことである。
【０１２１】
更に、セパレータの突き刺し強度は、２．０Ｎ以上であることが好ましく、２．５Ｎ以上であることがより好ましい。この値が高いほど、電池が短絡しにくくなる。ただし、その上限値は、通常はセパレータの構成材料によってほぼ決定され、例えば、ポリエチレン製のセパレータの場合は１０Ｎ程度が上限値となる。
【０１２２】
従来の非水二次電池では、正極電位がＬｉ基準で４．３５Ｖ以上の高い電圧で充電し、３．２Ｖよりも高い電圧終止で放電を行うと、正極活物質の結晶構造が崩壊して容量低下を引き起こしたり、熱安定性が低下して電池が発熱するなどの支障が生じ、実用性を欠いていた。例えば、ＭｇやＴｉなどの異種元素を添加した正極活物質を用いても、安全性や充放電サイクルに伴う容量低下が軽減できるようにはなるが、未だ不十分である。また正極の充填性が不十分で電池の膨れが生じやすい。
【０１２３】
これに対し、本発明は、上記構成の採用により、高容量特性、充放電サイクル特性、安全性および膨れ抑制の各効果を高めた非水二次電池であり、通常の充電電圧（電池電圧で４．２Ｖ）でも効果は得られるが、更にＬｉ基準で正極を４．３５Ｖ（電池電圧で４．２５Ｖ）の高い電圧まで充電し、電池電圧で３．２Ｖ以上の高い電圧で放電を終了しても、正極活物質の結晶構造がより安定であり、容量低下や熱安定性の低下が抑制される。
【０１２４】
また、従来の非水二次電池に係る正極活物質では、平均電圧が低いため、単電池の充電終止電圧がＬｉ基準で４．３５Ｖ以上の条件下で充放電サイクル試験を繰り返すと、正極が多量のＬｉイオンを出し入れする。これは、電池を過充電条件で充放電サイクル試験することと同じである。従って、このような苛酷な条件では、従来の正極活物質を用いると結晶構造を維持することができず、熱安定性が低下したり、充放電サイクル寿命が短いなどの不都合が生じていた。これに対し、本発明の電池に係る正極活物質を用いれば、そのような不都合が解消できるため、満充電時の正極電位が、Ｌｉ基準電位で４．３５〜４．６Ｖとなるような高電圧下でも可逆的に充放電が可能な非水二次電池を提供することができる。
【０１２５】
本発明の非水二次電池は、上記のような高電圧、高容量で、かつ安全性が高いという特徴を生かして、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、ポケットパソコン、ノート型ワープロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャ、ハンディターミナル、携帯コピー、電子手帳、電卓、液晶テレビ、電気シェーバー、電動工具、電子翻訳機、自動車電話、トランシーバ、音声入力機器、メモリカード、バックアップ電源、テープレコーダー、ラジオ、ヘッドフォンステレオ、携帯プリンタ、ハンディクリーナー、ポータブルＣＤ、ビデオムービー、ナビゲーションシステムなどの機器用の電源や、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、オーブン電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥機、ゲーム機器、照明機器、玩具、センサー機器、ロードコンディショナー、医療機器、自動車、電気自動車、ゴルフカート、電動カート、セキュリティシステム、電力貯蔵システムなどの電源として使用することができる。また、民生用途の他、宇宙用途にも用いることができる。特に、小形携帯機器では高容量化の効果が高くなり、重量３ｋｇ以下の携帯機器に使用することが望ましく、１ｋｇ以下の携帯機器に使用することがより望ましい。また携帯機器重量の下限については特に限定されないが、ある程度の効果を得るためには、電池の重量と同程度、たとえば１０ｇ以上であることが望ましい。
【実施例】
【０１２６】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。
【０１２７】
実施例１
＜正極の作製＞
ＬｉＣｏ０．９９８Ｍｇ０．０００８Ｔｉ０．０００４Ａｌ０．０００８Ｏ２［平均粒子径１２μｍ、正極活物質（Ａ）］とＬｉＣｏ０．９９４Ｍｇ０．００２４Ｔｉ０．００１２Ａｌ０．００２４Ｏ２［平均粒子径５μｍ、正極活物質（Ｂ）］を質量比６５：３５で混合したもの：９７．３質量部、および導電助剤としての炭素材料：１．５質量部を、粉体供給装置である定量フィーダ内に投入し、また、１０質量％濃度のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液の投入量を調整し、混練時の固形分濃度が常に９４質量％になるように調整した材料を、単位時間あたり所定の投入量になるように制御しつつ二軸混練押出機に投入して混練を行い、正極合剤含有ペーストを調製した。得られた正極合剤含有ペーストをプラネタリーミキサー内に投入し、１０質量％濃度のＰＶＤＦのＮＭＰ溶液とＮＭＰとを加えて希釈し、塗布可能な粘度に調整した。この希釈後の正極合剤含有ペーストを７０メッシュの網を通過させて大きな含有物を取り除いた後、厚みが１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥して膜状の正極合剤層を形成した。乾燥後の正極合剤層の固形分比率は、正極活物質：導電助剤：ＰＶＤＦ質量比で９７.３：１．５:１．２である。その後、加圧処理し、所定のサイズに切断後、アルミニウム製のリード体を溶接して、シート状の正極を作製した。加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）は３．８ｇ／ｃｍ３である。
【０１２８】
上記の正極について、Ｒｉｇａｋｕ製Ｘ線回折装置「ＲＩＮＴ２５００ＶＰＣ」を用いて、管球Ｃｕ、５０ｋＶ、１５０ｍＡ、スキャン２°／分の条件で測定を行い、Ｉ００６／Ｉ１０１値を求めた。結果を表１に示す。
【０１２９】
＜負極の作製＞
負極活物質として黒鉛系炭素材料（Ａ）［純度９９．９％以上、平均粒子径１８μｍ、００２面の面間距離（ｄ００２）＝０．３３５６ｎｍ、ｃ軸方向の結晶子の大きさ（Ｌｃ）＝１００ｎｍ、Ｒ値（波長５１４．５ｎｍのアルゴンレーザーで励起させた時のラマンスペクトルにおける１３５０ｃｍ−１付近のピーク強度と１５８０ｃｍ−１付近のピーク強度との比〔Ｒ＝Ｉ１３５０／Ｉ１５８０〕）＝０．１８］：７０質量部と、黒鉛系炭素材料（Ｂ）［純度９９．９％以上、平均粒子径２１μｍ、ｄ００２＝０．３３６３ｎｍ、Ｌｃ＝６０ｎｍ、Ｒ値＝０．１１］：３０質量部とを混合し、この混合物９８質量部と、カルボキシメチルセルロース１質量部とスチレンブタジエンゴム１質量部とを、水の存在下で混合してスラリー状の負極合剤含有ぺーストを調製した。得られた負極合剤含有ぺーストを、厚みが１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、ローラーで負極合剤層の密度が１．７５ｇ／ｃｍ３になるまで加圧処理し、所定のサイズに切断後、ニッケル製のリード体を溶接して、シート状の負極を作製した。
【０１３０】
＜非水電解液の調製＞
メチルエチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとを体積比１．５：０．５：１で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１．２ｍｏｌ／ｌの濃度になるように溶解し、これにフルオロベンゼン（ＦＢ）３質量％、ビフェニル（ＢＰ）０．２質量％、プロパンスルトン（ＰＳ）０．５質量％、Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３（ＨＦＥ）１０質量％、ビニレンカーボネート（ＶＣ）３質量％を加えて非水電解液を調製した。
【０１３１】
＜非水二次電池の作製＞
上記正極と負極を微孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータ［空孔率５３％、ＭＤ方向引張強度：２．１×１０８Ｎ／ｍ２、ＴＤ方向引張強度：０．２８×１０８Ｎ／ｍ２、厚さ１６μｍ、透気度８０秒／１００ｍｌ、１０５℃×８時間後のＴＤ方向の熱収縮率３％、突き刺し強度：３．５Ｎ（３６０ｇ）］を介して渦巻状に巻回し、巻回構造の電極体にした後、角形の電池ケース内に挿入するために加圧して扁平状巻回構造の電極体にした。それをアルミニウム合金製で角形の電池ケース内に挿入し、正・負極リード体の溶接と蓋板の電池ケースへの開口端部へのレーザー溶接を行い、封口用蓋板に設けた注入口から上記の非水電解液を電池ケース内に注入し、非水電解液をセパレータなどに十分に浸透させた後、部分充電を行い、部分充電で発生したガスを排出後、注入口を封止して密閉状態にした。その後、充電、エイジングを行い、図１に示すような構造で図２に示すような外観を有し、幅が３４．０ｍｍで、厚みが４．０ｍｍで、高さが５０．０ｍｍの角形の非水二次電池を得た。
【０１３２】
ここで図１〜２に示す電池について説明すると、正極１と負極２は上記のようにセパレータ３を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極積層体６として、角形の電池ケース４に非水電解液と共に収容されている。ただし、図２では、煩雑化を避けるため、正極１や負極２の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液などは図示していない。
【０１３３】
電池ケース４はアルミニウム合金製で電池の外装材の主要部分を構成するものであり、この電池ケース４は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース４の底部にはポリテトラフルオロエチレンシートからなる絶縁体５が配置され、上記正極１、負極２およびセパレータ３からなる扁平状巻回構造の電極積層体６からは、正極１および負極２のそれぞれ一端に接続された正極リード体７と負極リード体８が引き出されている。また、電池ケース４の開口部を封口するアルミニウム製の蓋板９にはポリプロピレン製の絶縁パッキング１０を介してステンレス鋼製の端子１１が取り付けられ、この端子１１には絶縁体１２を介してステンレス鋼製のリード板１３が取り付けられている。
【０１３４】
そして、この蓋板９は上記電池ケース４の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース４の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図１の電池では、蓋板９に電解液注入口１４が設けられており、この電解液注入口１４には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている（従って、図１および図２の電池では、実際には、電解液注入口１４は、電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、電解液注入口１４として示している）。更に．蓋板９には、防爆ベント１５が設けられている。
【０１３５】
この実施例１の電池では、正極リード体７を蓋板９に直接溶接することによって電池ケース４と蓋板９とが正極端子として機能し、負極リード体８をリード板１３に溶接し、そのリード板１３を介して負極リード体８と端子１１とを導通させることによって端子１１が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース４の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。
【０１３６】
図２は、図１に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図２は上記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図２では電池を概略的に示しており、電池構成部材のうち特定のものを示している。
【０１３７】
実施例２
加圧処理の圧力を調整することにより加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）を４．０ｇ／ｃｍ３としたこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１３８】
実施例３
加圧処理の圧力を調整することにより加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）を３．６ｇ／ｃｍ３としたこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１３９】
実施例４
加圧処理の圧力を調整することにより加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）を３．５ｇ／ｃｍ３としたこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１４０】
実施例５
正極活物質を、ＬｉＣｏ０．９９７５Ｍｇ０．００１Ｔｉ０．０００５Ａｌ０．００１Ｏ２（平均粒子径１２μｍ）のみに変更したこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）は３．９ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１４１】
実施例６
正極活物質を、ＬｉＣｏ０．９９６４Ｍｇ０．００２４Ｔｉ０．００１２Ｏ２（平均粒子径５μｍ）のみに変更したこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）は３．５ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１４２】
実施例７
正極活物質（Ａ）として平均粒子径１２μｍのＬｉＣｏＯ２を用い、正極活物質（Ｂ）としてＬｉＣｏ０．９９８８Ｍｇ０．０００８Ｔｉ０．０００４Ｏ２（平均粒子径５μｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）は３．８ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１４３】
比較例１
正極活物質を、ＬｉＣｏＯ２（平均粒子径１２μｍ）のみに変更したこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）は３．７ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１４４】
比較例２
正極活物質を、ＬｉＣｏＯ２（平均粒子径５μｍ）のみに変更したこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）は３．６ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１４５】
比較例３
加圧処理の圧力を調整することにより加圧処理後の正極合剤層の密度（正極の密度）を３．４ｇ／ｃｍ３としたこと以外は、実施例１と同様にして非水二次電池を作製した。実施例１と同様にして求めた正極のＩ００６／Ｉ１０１値を表１に示す。
【０１４６】
実施例１〜７および比較例１〜３の非水二次電池について、下記の特性評価を行った。結果を表２に示す。
【０１４７】
＜放電容量＞
実施例１〜７および比較例１〜３の各電池について、０．２Ｃの定電流で４．４Ｖになるまで充電後、総充電時間が８時間となるまで４．４Ｖで定電圧充電し、続いて０．２Ｃで電池電圧が３．３Ｖまで定電流放電を行って、そのときの放電容量を求めた。なお、表２では、各電池について得られた放電容量を、比較例１の電池の放電容量を１００としたときの相対値で示す。
【０１４８】
＜負荷特性＞
実施例１〜７および比較例１〜３の各電池について、０．２Ｃの定電流で４．４Ｖになるまで充電後、総充電時間が８時間となるまで４．４Ｖで定電圧充電し、続いて２．０Ｃで電池電圧が３．３Ｖまで定電流放電を行って、そのときの放電容量を求めた。この放電容量を、上記の０．２Ｃで放電したときの放電容量で除した値を百分率で表して、電池の負荷特性とした。
【０１４９】
＜貯蔵特性＞
実施例１〜７および比較例１〜３の各電池について、上記放電容量測定と同じ条件で充電し、貯蔵前の電池厚みを測定し、その後６０℃の環境下に２０日間貯蔵後、電池を常温になるまで静置し、貯蔵後の電池厚みを測定し、電池厚みの増加量（電池膨れ）を測定した。この値を比較例１の電池の厚み増加量を１として、膨れのレベルを指数で表した。例えば、これが０．５であれば比較例１の半分の膨れ量に抑制されていることを示す。
【０１５０】
＜安全性評価＞
実施例１〜７および比較例１〜３の各電池について、上記放電容量評価の際の充電条件と同じ条件で充電を行い、その後１５０℃の恒温槽中で１０分加熱し、そのときの各電池の最高温度（表面温度）を測定した。加熱後の電池の温度が低いほど、高温時の安全性に優れていることを意味している。
【０１５１】
【表１】
2007265758.tif 000002
【０１５２】
【表２】
2007265758.tif 000003
【０１５３】
表１および表２から分かるように、正極におけるＩ００６／Ｉ１０１値が良好な実施例１〜７の非水二次電池では、正極におけるＩ００６／Ｉ１０１値が不適な比較例１〜３の非水二次電池に比べて、高容量で、負荷特性にも優れており、更に電池の貯蔵特性や安定性も優れている。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の非水二次電池の一例を模式的に示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその部分縦断面図である。
【図２】図２に示す非水二次電池の斜視図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１    正極
２    負極
３    セパレータ
【図１】
2007265758.tif 000004
【図２】
2007265758.tif 000005